5. Управляемые (сцепные) муфты

Кулачковые сцепные муфты (рис. 13) применяют для передачи значительных моментов, когда плавность включения не является обязательной.

На ведущем валу на призматической шпонке насажена с натя­гом полумуфта, имеющая на торцевой поверхности особой формы выступы (кулачки). На торцевой поверхности ведомой полумуфтыимеются такие же выступы. В рабочей положении выступы одной полумуфты входят во впадины другой. Ведомая полумуфта может перемещаться вдоль вала на шлицах или на направляющих шпон­ках при помощи специального устройства – отводки. Обычно перемещаемой делается полумуфта на ведомом валу, так как в этом случае уменьшается интенсивность изнашивания механизма отвод­ки, потому что скольжение переключающей вилки по выточке про­исходит только при включенной муфте.

Рис. 14 Профили кулачков сцепных муфт

Наиболее распространены прямоугольная и трапецеидальная формы кулачков. При прямоугольном профиле (рис. 14, а) тре­буется точное взаимное расположение полумуфт в момент включения, поэтому включать эти муфты на ходу не допускается. Наличие неизбежного технологического бокового зазора в прямоугольных кулачках приводит к ударам при перемене направления вращения валов. При трапецеидальном профиле не требуется точное относительное расположение полумуфт в момент их включения. Включение на ходу допускается только не под нагрузкой и при условии, что разность окружных скоростей по средним окружностям кулачков соединяемых полумуфт не превышает 1 м/с.

При контакте трапецеидальных кулачков возникают осевые си­лы (рис. 14, б), стремящиеся раздвинуть полумуфты и затруд­няющие их включение. Поэтому угол трапецеидального профиля выбирают в пределах 2…8°, чтобы обеспечить самоторможение полумуфт и снизить усилие их включения.

При постоянном направлении вращения валов (нереверсивные передачи) применяют неравнобочный трапецеидальный профиль кулачков (рис. 14, в).

При работе кулачковых муфт сильно изнашиваются кулачки. Увеличение твердости поверхности кулачков обеспечивают цементацией или закалкой. Так как после цементации у кулачков сохра­няется вязкая сердцевина, эти кулачки хорошо сопротивляются ударным нагрузкам.

Материалами муфт служат стали 20, 15Х, 20Х и другие с после­дующей цементацией кулачков или стали 40Х, ЗОХН и другие – с закалкой.

Условие износостойкости рабочих поверхностей кулачков (рис. 15):

, (17.10)

где р— расчетное давление на рабочей поверхности кулачка, Мпа; D_ср – средний диаметр кулачков, мм: D_ср = (D+D₁)/2: 2Т_р/ D_ср – расчетное окружное усилие, Н; 2/3·z – расчетное (или рабочее) число кулачков. Считают, что из-за неравномерности распределе­ния нагрузки между всеми z кулачками в расчет следует вводить 2/3·z; b, h – длина и высота кулачка, мм; [р]=80...120 Мпа – до­пускаемое давление для термообработанных кулачков при включе­нии в состоянии покоя и [p]=20...30 Мпа – то же, при включении на ходу.

Рис. 15. К расчету кулачков сцепных муфт

Осевое усилие, необходимое для включения я выключения ку­лачковой муфты: , (17.11)

где d—диаметр вала подвижной полумуфты (см. рис. 13); f – коэффициент трения: f=tgφ=0,08... 0,2 (меньшие значения при работе со смазочным материалом); α – угол скоса кулачков (см. рис. 15); ρ – угол трения. Знак плюс относится к ре­жиму включения, минус – к режиму выключения муфты.

Зубчатая сцепная муфта по своему устройству (рис. 17.16, а) представляет собой видоизмененную компенсирующую зубчатую муфту с обоймой, имеющую неподвижную полумуфту 1 и подвижную 3. Для выключе­ния муфты надо передвинуть влево подвижную полумуфту так, чтобы ее зубья вышли из зацепления с внутренними зубьями обоймы 2. Основные размеры этой муфты можно при­нимать по табл. 17.5, а проверку прочности проводить по форму­ле (17.6).

Зубчатые сцепные муфты без обоймы (рис. 16, б) состоят из двух полумуфт, одна из которых имеет внутренние, а другая – внешние зубья.

Фрикционные муфты применяют для соединения валов под нагрузкой, когда плавность их включения является обяза­тельной.

Одна полумуфта дисковой фрикционной муфты (рис. 17) за­креплена на валу на шпонке посадкой с натягом, а вторая подвижна в осевом направлении. Прикладывая к подвижной полумуфте осевую силу F_a, замыкают муфту и обеспечивают передачу момен­та за счет сил трения на стыке торцевых поверхностей полумуфт.

Считают, что сила трения равномерно распределена по поверх­ности стыка, имеющей вид кольца. В этом случае суммарная сила трения fF_а приложена на расстоянии приведенного радиуса трения от оси вращения:

,

где D, D₁ – наружный и внутренний диаметры дисков.

Рис. 16. Зубчатые сцепные муфты

С увеличением силы нажатия F_a возрастает момент сил трения T_тр=fF_aR_пр. При каком-то значении силы F_a момент трения ока­жется равным передаваемому моменту (Т_тр=Т_р) и муфта замкнет­ся, а оба вала будут вращаться с одной и той же угловой скоростью.

Усилие, необходимое для замыкания муфты:

(17.12)

где f – коэффициент трения (табл. 17.12).

При определении расчетного момента иногда вводят коэффи­циент запаса сцепления β=1,2...1,5 для предотвращения пробуксовывания муфты при небольших перегрузках. При учете коэффициента режима коэффициент β можно не вводить, так как обычно к_рТ>βТ.

Рис. 17. Дисковая фрикционная муфта

Для уменьшения габаритов и силы нажатия применяют много­дисковые фрикционные муфты (рис. 18). - -

Сила нажатия в многодисковой муфте (Н)

(17.13)

где z – число пар поверхностей трения: z=n – 1; n – общее число дисков в муфте. Значение z желательно принимать четным.

Рис. 18. Многодисковая фрикционная муфта

Рекомендуемое число ведущих дисков z₁=z/2, а число ведомых z₂=z₁+1.

Иногда для уменьшения силы нажатия диски снабжают обкладками из материала с повышенным коэффициентом трения. К та­ким материалам относится асбестовая ткань с включением латун­ной проволоки или сетки – феродо.

Условие износостойкости рабочих поверхностей:

, (17.14)

где р – давление на рабочих поверхностях дисков, МПа;

π(D² – D²₁)/4 – площадь кольцевой поверхности диска, мм²; [р]—допу­скаемое давление (см. табл. 17.12).

По условию износостойкости р<[р] допускаемая сила нажатия

[F_a]=[p] π(D² – D²₁)/4. (17.15)

Основные размеры фрикционных муфт выбирают конструктивно в зависимости от диаметра вала d по табл. 17.17.